A mezzogiorno del 22 ottobre 2007, l'Università della California, San Diego, ha ricevuto una chiamata di emergenza dall'utilità locale. Gli incendi boschivi regionali avevano danneggiato e disattivato le linee elettriche e l'operatore di rete della California aveva dichiarato un'emergenza per la trasmissione di energia. San Diego Gas & Electric ha chiesto all'università di ridurre la quantità di elettricità che stava prelevando dalla rete e, se possibile, iniziare a generare energia per l'utilizzo da parte di altri clienti delle utility.
Entro 10 minuti, il campus è passato dall'assorbimento di 4 megawatt di elettricità dalla rete elettrica all'alimentazione di 3 megawatt, afferma Byron Washom, direttore delle iniziative energetiche strategiche per UCSD. "Quel 7 megawatt era il margine sottilissimo tra la rete di gas ed elettrica di San Diego che rimaneva in alto o in collasso."
Il campus di San Diego è stato in grado di reagire così rapidamente in parte perché mezzo secolo prima i suoi fondatori avevano deciso di gettare le basi per un approvvigionamento di energia autosufficiente, o quella che oggi gli esperti di energia chiamano "microgrid". La prima struttura eretta su il campus nel 1962 era una centrale elettrica progettata per fornire elettricità alimentata a gas, nonché teleriscaldamento e raffreddamento degli edifici della scuola. Questo di per sé era e non è insolito per un campus accademico o addirittura aziendale. Ma nel corso degli anni, UCSD ha acquisito l'autosufficienza aggiungendo turbine a vapore, pannelli solari fotovoltaici, celle a combustibile e accumulo di energia, oltre a installare linee elettriche per trasmettere elettricità da e verso la rete elettrica di SDG&E.
Tutte queste risorse ora operano sotto il controllo di un sofisticato sistema di gestione dell'energia e la microgrid del campus consente all'università di generare, immagazzinare e spedire l'elettricità secondo necessità, fornendo alla fine il 92 percento dell'elettricità utilizzata nel campus. Sebbene l'università normalmente assorba elettricità dalla rete SDG & E per soddisfare il suo carico di circa 38 megawatt, può anche passare alla modalità "isola" in caso di problemi di alimentazione o interruzioni al di fuori del campus, soddisfacendo tutti i suoi bisogni elettrici. E quando l'elettricità scarseggia sulla rete elettrica principale che serve una maggiore San Diego, UCSD può vendere energia a SDG & E.
In risposta alla chiamata d'emergenza del 2007, l'università ha acceso una turbina a vapore da 3 megawatt e ha ridotto la domanda di energia regolando le impostazioni di controllo del clima e è passata a attingere acqua fredda per il suo sistema di raffreddamento da serbatoi di accumulo termico altamente efficienti invece di refrigeratori elettrici. "Con due clic del mouse, con il nostro sistema di controllo, possiamo cambiare 4.000 termostati nel campus", afferma Washom.
UCSD e altri operatori di microgrid stanno offrendo una visione moderna dei piccoli sistemi di alimentazione a corrente continua installati in fabbriche e centri urbani a partire dagli anni '70 del XIX secolo. Come quei primi sistemi, questi nuovi progetti prevedono la generazione e la distribuzione locali di elettricità anziché le linee di trasmissione a lunga distanza e le centrali elettriche remote che hanno caratterizzato la rete elettrica del XX secolo. "Attualmente stiamo decostruendo la rete elettrica, tornando a [Thomas] Edison", afferma Jim Reilly, la cui società di consulenza Reilly Associates fornisce consulenza al Dipartimento per l'energia sulle operazioni di microgrid.
Le radici di questa tendenza alla decostruzione risalgono alla fine degli anni '90, quando il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti decise di avviare la ricerca sulla trasmissione di energia e l'affidabilità. La mossa è arrivata in risposta alla deregolamentazione dell'elettricità e all'anticipazione di una prossima ondata di pannelli solari sul tetto e di altre forme di generazione decentralizzata di energia. "All'epoca non avevamo un concetto di" microgrid "di per sé", afferma Chris Marnay, uno dei pionieri della ricerca sulle microgrid. L'idea di generare energia localmente era vecchia. Ma ci sono voluti progressi nei controlli e nell'elettronica di potenza per consentire una vera microgriglia in grado di interagire con e "isola" dalla più grande rete elettrica. Nel giro di pochi anni, il gruppo di ricerca di Marnay del Lawrence Berkeley National Laboratory ha formalizzato l'idea di una microrete in un progetto per la California Energy Commission.
I vantaggi offerti dalla microgrid di UCSD - agilità e autosufficienza - sono ora molto richiesti tra gli utenti di energia che rischiano gravi conseguenze in caso di interruzioni di corrente, come università che gestiscono apparecchiature di laboratorio sensibili, basi militari con sistemi di controllo delle armi e gestione dei data center vaste scoperte di informazioni. "Sono le strutture che desiderano un potere anormalmente di alta qualità in cui al momento vediamo gran parte dell'azione", afferma Marnay, che si è ritirato a giugno dal Grid Integration Group del Berkeley Lab.
Gli eventi meteorologici estremi degli ultimi anni, come l'uragano Sandy, hanno ricordato ai dirigenti di affari, militari e politici la fragilità delle infrastrutture elettriche negli Stati Uniti. "La crescente frequenza di catastrofi naturali sta suscitando un forte interesse per le soluzioni di microgrid e di backup", afferma Brian Carey, che guida la pratica di consulenza cleantech statunitense per la società di contabilità PricewaterhouseCoopers, nota come PwC.
Una microgriglia da 71 milioni di dollari costruita nel quartier generale della Food and Drug Administration degli Stati Uniti, ad esempio, ha fornito energia al campus durante e dopo l'uragano Sandy quando la rete elettrica regionale è diminuita. Nel marzo 2011, la microrete di Sendai, situata nel campus dell'Università Tohoku Fukushi nella città di Sendai, in Giappone, ha continuato a fornire energia e calore ai clienti dopo il devastante terremoto e lo tsunami di Tohoku che hanno causato la caduta di energia elettrica in tutta la regione circostante.
Mentre la resilienza è stata a lungo la chiave dell'appello delle microgriglie per strutture con carichi energetici critici, lo spostamento dei prezzi dell'energia e i progressi della tecnologia stanno ora portando le microgriglie a portata di mano per le città e i quartieri che vogliono il controllo locale della loro alimentazione o energia più pulita di quella offerta dalla loro utilità.
I pannelli solari fotovoltaici ora costano l'80% in meno rispetto al 2008. La società di consulenza McKinsey & Company prevede che i prezzi della batteria agli ioni di litio potrebbero scendere a $ 200 al chilowattora entro il 2020, da circa $ 500- $ 600 al chilowattora oggi. Le strutture che costruiscono microgrid possono anche risparmiare anno dopo anno acquistando meno elettricità dalla loro utility locale o, in alcuni casi, vendendo energia all'utility quando la fornitura è limitata.
"Può essere un notevole risparmio sui costi se un'università o un ospedale possono effettivamente vendere energia in base ai prezzi di mercato in tempo reale per l'energia, non solo al tasso che normalmente pagherebbero", afferma Carey, di PwC. "I prezzi possono oscillare drammaticamente, da 15 a 20 centesimi per chilowattora a cifre singole per ogni chilowattora."
Secondo Byron Washom di UCSD, l'università risparmia $ 800.000 al mese sulle bollette, generando il 92 percento dell'elettricità che consuma. La FDA afferma che la sua microgriglia nel campus fa risparmiare all'agenzia 11 milioni di dollari all'anno in costi legati all'energia.
La tecnologia a maturazione rapida consente una migliore integrazione e ottimizzazione dei componenti della microgriglia. Washom nota, ad esempio, che strumenti di previsione solare migliorati informano il sistema di gestione dell'energia del campus quando caricare o scaricare le batterie. "Stiamo assistendo a sistemi di controllo superiori in grado di gestire una microgrid e di gestire un'intera struttura", afferma. "Esistono tutta una serie di nuovi strumenti che stanno emergendo nel modo in cui gestisci la tua offerta, la tua domanda, il tuo stoccaggio e le tue importazioni". Presto, Washom afferma, i gestori dell'energia valuteranno la disponibilità delle risorse del sistema ogni pochi minuti per anticipare o rispondere alle mutevoli condizioni.
Mentre la tecnologia avanza, tuttavia, gli esperti affermano che sono necessarie nuove politiche per accelerare l'adozione della microgriglia. Marnay afferma che le attuali politiche statunitensi a livello statale e federale stanno promuovendo le singole tecnologie energetiche, come lo stoccaggio solare, eolico ed energetico, ma è necessario un maggiore supporto per lo spiegamento di queste tecnologie in sistemi complessi come le microgriglie.
Il Dipartimento dell'Energia ha già collaborato con funzionari locali e statali per adattare i progetti militari di microgrid alle applicazioni civili. Nel New Jersey, ad esempio, dove l'uragano Sandy ha eliminato i mezzi pubblici e ha lasciato alcuni residenti senza energia per una settimana o più, il DOE sta lavorando con l'agenzia di transito statale per progettare una microgriglia che aiuterebbe a mantenere i treni elettrici in funzione durante un disastro.
Il Dipartimento per l'Energia ha anche iniziato a svolgere un ruolo più attivo nella definizione di standard per guidare la progettazione e il funzionamento delle future microgriglie, nonché la loro integrazione con l'infrastruttura energetica esistente. Anche la definizione di ciò che rende una microgrid sta cambiando: la scala potrebbe raggiungere i 60 megawatt nei prossimi anni. Un gruppo di esperti dell'agenzia sta sviluppando un piano per un sistema di microgrid su scala commerciale in grado di ridurre i tempi di interruzione di oltre il 98 percento a un costo paragonabile a un alimentatore di riserva diesel, riducendo le emissioni e migliorando l'efficienza energetica del sistema di almeno il 20 percento entro il 2020.
La standardizzazione, afferma Carey, dovrebbe semplificare il processo di sviluppo del progetto, ridurre i costi e migliorare l'accesso ai finanziamenti rendendo più semplice per le banche valutare il rischio. "Dover disporre di ingegneria specializzata per ogni microgrid è ovviamente una proposta molto costosa e un grosso onere per il loro spiegamento", afferma Marnay.
Alla fine della giornata, le microgriglie minacciano di ribaltare il modello centralizzato di generazione e distribuzione che ha dominato il sistema elettrico americano per più di un secolo e che i servizi pubblici sono stati lenti ad abbracciare il nuovo modello. "Le utility vedono le microgrid come una minaccia ai loro flussi di entrate", afferma Carey. Tuttavia, i vantaggi di disporre di alimentatori che possono separarsi o sincronizzarsi con la rete tradizionale in base alle esigenze stanno conquistando sempre più servizi come SDG ed E. Dice Carey, "Dovrebbe consentire loro di mantenere la griglia più stabile".
